淺談濕陷性黃土隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

梁 虎

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

淺談濕陷性黃土隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

梁 虎

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

由于濕陷性黃土隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不穩(wěn)定性，對(duì)隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)是保證隧道工程質(zhì)量、安全必不可少的手段。

隧道；監(jiān)控量測(cè)；地質(zhì)；質(zhì)量

1 工程概述

蘭州市北環(huán)路三臺(tái)灣隧道西口接跨柳忠高速公路高架橋，東口接石門溝大橋。右線起訖樁號(hào)為YK0+605～YK0+853，隧道位于直線上，長(zhǎng)度為248 m，縱坡為1.8%；左線起訖樁號(hào)為ZK24+606～ZK24+851,隧道位于半徑R=1 300 m的圓曲線上，縱坡為1.4%；最大埋深90 m；隧道進(jìn)口、出口采用端墻式洞門。

三臺(tái)灣隧道位于柳忠高速公路東側(cè)，蘭州市北環(huán)路(二環(huán))東段，隧道左線長(zhǎng)245 m，隧道右線長(zhǎng)248 m。該 段 地 面 標(biāo) 高 介 于 高程1 624.8～1 729.5 m，地形呈倒V字形，屬黃河北岸黃土梁地貌單元。隧道場(chǎng)區(qū)內(nèi)底層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，其上部是黃土狀粉土及卵石，下部為第三系砂巖。

按照設(shè)計(jì)標(biāo)高，隧道底部為黃土狀粉土(Q2al+pl)，其下部1～2 m深度內(nèi)為卵石層，卵石層中存在人工掏砂形成的洞室，洞口直徑為1.5～3 m，隧道通過(guò)的山體為黃土山體，黃土狀粉土(Q3eol)具Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)自重濕陷性，在山體兩側(cè)坡面上存在落水洞，直徑為3～5 m，深度大于5 m。

隧道進(jìn)、出口段因人工掏砂洞的存在，上部土層坍塌較為嚴(yán)重。

2 監(jiān)控量測(cè)

2.1 測(cè)量的目的

掌握圍巖動(dòng)態(tài)，了解支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同工況時(shí)的受力狀態(tài)和應(yīng)力分布，對(duì)圍巖穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)；通過(guò)施工和環(huán)境監(jiān)測(cè)進(jìn)行信息反饋及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，優(yōu)化施組設(shè)計(jì)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保隧道施工的安全與質(zhì)量；提供二次襯砌支護(hù)的合理時(shí)間，以便在安全的前提下充分發(fā)揮圍巖的自承能力；驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)型式、支護(hù)參數(shù)，評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工方法的合理性，并為優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、調(diào)整施工工藝提供依據(jù)。

2.2 隧道監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容

為及時(shí)提供施工所需的圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，以保證施工安全，提高施工效率，將施工監(jiān)測(cè)分為必測(cè)項(xiàng)目、選測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)項(xiàng)目。

(1)必測(cè)項(xiàng)目：包括圍巖地質(zhì)情況和支護(hù)描述、地表沉降觀測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、周邊收斂量測(cè)。這類量測(cè)是為了確保在施工過(guò)程中的圍巖穩(wěn)定和施工安全而進(jìn)行的經(jīng)常性量測(cè)工作。量測(cè)密度大，工作量大，量測(cè)信息直觀可靠，貫穿于整個(gè)施工過(guò)程中，對(duì)監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工具有巨大的作用。土建施工完成、量測(cè)工作亦告結(jié)束。其布置原則為根據(jù)每座隧道不同的地質(zhì)條件、施工方法設(shè)置，但不能少于《公路隧道施工規(guī)范》中的規(guī)定。

(2)檢測(cè)項(xiàng)目：包括錨桿拉拔試驗(yàn)、錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)等，根據(jù)業(yè)主要求由監(jiān)測(cè)組會(huì)同監(jiān)理抽檢。

因施工監(jiān)控量測(cè)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性,而且水文地質(zhì)條件變化多端,量測(cè)的具體布置情況須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況做適當(dāng)調(diào)整。

2.3 量測(cè)手段和方法

2.3.1 地質(zhì)情況及支護(hù)狀況觀察

包括對(duì)隧道掌子面地質(zhì)狀況的素描和對(duì)噴層表面狀態(tài)及錨桿工作狀態(tài)的觀察。隧道掌子面每次爆破和初噴后通過(guò)肉眼觀察、地質(zhì)羅盤和錘擊檢查，描述和記錄圍巖地質(zhì)情況：巖層產(chǎn)狀、裂隙、地下水情況，判斷圍巖類別是否與設(shè)計(jì)報(bào)告相符，必要時(shí)還應(yīng)拍照并作好觀察記錄，同時(shí)對(duì)噴層支護(hù)狀態(tài)和錨桿工作狀態(tài)進(jìn)行觀察。

2.3.2 拱頂下沉量測(cè)

拱頂下沉量測(cè)是在隧道開(kāi)挖毛洞的拱頂及軸線左右各2～3 m共設(shè)3個(gè)帶掛鉤的預(yù)埋件作為測(cè)樁：埋設(shè)前，先用小型鉆機(jī)在待測(cè)部位成孔，然后將測(cè)樁放入，用快凝水泥或早強(qiáng)錨固劑固定，測(cè)樁頭需設(shè)保護(hù)罩。對(duì)于較差的圍巖，錨樁可在錨噴支護(hù)后布置。采用精密水準(zhǔn)儀(精度0.1 mm)、鋼圈尺及塔尺進(jìn)行量測(cè)。

2.3.3 隧道圍巖的周邊位移量測(cè)

隧道開(kāi)挖爆破以后,在預(yù)設(shè)點(diǎn)的斷面,沿隧道周邊的拱頂、拱腰和邊墻部位分別埋設(shè)測(cè)樁。中間的拱頂測(cè)樁可以利用拱頂下沉測(cè)樁；測(cè)樁的埋設(shè)方法和拱頂下沉測(cè)樁的埋設(shè)方法相同。采用周邊收斂?jī)x量測(cè)周邊收斂變形。圍巖的周邊位移與拱頂下沉布置在同一個(gè)斷面上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對(duì)于雙洞獨(dú)立隧道，由于其大多采用上下臺(tái)階法施工，拱頂下沉及周邊位移量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置類似于中導(dǎo)洞開(kāi)挖。

2.3.4 錨桿軸力量測(cè)

在正常使用的錨桿上焊接錨桿測(cè)力計(jì)。為充分了解錨桿的工作狀態(tài)，在每根量測(cè)錨桿上焊接3個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)，然后安裝量測(cè)錨桿，待錨桿達(dá)到一定強(qiáng)度(通常為24 h)后，即可通過(guò)接收儀器量測(cè)錨桿的軸向力，繪制出錨桿的受力曲線及其隨時(shí)間的變化，進(jìn)而可判斷錨桿的質(zhì)量。

3 量測(cè)頻率

每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)取讀數(shù)的頻率不少于規(guī)范要求(表1)，同時(shí)要滿足工程需要。對(duì)于采用分部開(kāi)挖的地段，如正臺(tái)階開(kāi)挖，上半斷面開(kāi)挖與下半斷面開(kāi)挖不在同一時(shí)間，當(dāng)量測(cè)斷面工作狀態(tài)發(fā)生改變的前后一個(gè)星期之內(nèi)或距離測(cè)點(diǎn)一倍洞跨以內(nèi)按 1次/d的頻率采集數(shù)據(jù)。另外，如埋設(shè)的測(cè)點(diǎn)在量測(cè)期間遭到破壞，在其恢復(fù)以后按新買測(cè)點(diǎn)要求采集讀數(shù)，從而增加了數(shù)據(jù)采集的次數(shù)和數(shù)量。

數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用必須遵循規(guī)范規(guī)定。監(jiān)控量測(cè)工作在隧道貫通后6個(gè)月仍應(yīng)進(jìn)行有關(guān)量測(cè)，并按每座隧道整理出匯總資料，編寫報(bào)告。

監(jiān)控量測(cè)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。由于隧道內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變,量測(cè)的具體布置需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行局部調(diào)整。

4 量測(cè)隧道及量測(cè)斷面

必測(cè)項(xiàng)目。洞內(nèi)觀察與地質(zhì)素描：每3 m一個(gè)斷面；周邊位移：每30 m一個(gè)斷面；拱頂下沉：每30 m一個(gè)斷面(對(duì)于淺埋和圍巖條件差的單位隧道，采用每15 m一個(gè)斷面進(jìn)行周邊位移和拱頂下沉的量測(cè))。

5 量測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析與量測(cè)管理

為了真實(shí)、及時(shí)、準(zhǔn)確地反映施工現(xiàn)場(chǎng)信息，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歷經(jīng)以下過(guò)程：測(cè)點(diǎn)埋設(shè)→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)收集→數(shù)據(jù)輸入→繪制曲線→輸入計(jì)算機(jī)→生成圖表→信息反饋。

(1)應(yīng)及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制時(shí)態(tài)曲線(或散點(diǎn)圖)和空間關(guān)系曲線(圖1)。

圖1 位移時(shí)態(tài)曲線圖

(2)當(dāng)位移-時(shí)間曲線趨于平緩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算最終位移并掌握位移變化規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的位移-時(shí)間曲線進(jìn)行如下判斷：

(3)當(dāng)位移-時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，則表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動(dòng)態(tài)并加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停開(kāi)挖。

(4) 隧道周壁任意點(diǎn)的實(shí)測(cè)相對(duì)位移值或用回歸分析推算的總相對(duì)位移值均應(yīng)小于表2所列數(shù)值。當(dāng)位移速率無(wú)明顯下降、而此時(shí)實(shí)測(cè)位移值已接近表列數(shù)值，或者噴層表面出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，應(yīng)立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施并調(diào)整原支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)或開(kāi)挖方法。

表2 隧道周邊允許相對(duì)位移值表 /%

注: (1) 相對(duì)位移值系指實(shí)測(cè)位移與兩測(cè)點(diǎn)間距離之比，或拱頂位移實(shí)測(cè)值與隧道寬度之比。(2) 脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。 (3)Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ類圍巖可按工程類比初步選定允許值范圍。(4) 表中所列數(shù)值可以在施工中通過(guò)實(shí)測(cè)和資料積累作適當(dāng)修正。

(5)埋設(shè)量測(cè)元件的情況和量測(cè)資料均應(yīng)整理清楚后報(bào)監(jiān)理工程師核查，并作為竣工交驗(yàn)資料的一部分。

(6)根據(jù)量測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，確定變形管理等級(jí)，據(jù)以指導(dǎo)施工。變形管理等級(jí)見(jiàn)表3。

表3 變形管理等級(jí)表

注: U0為實(shí)測(cè)變形值;Un為允許變形值。

6 結(jié) 語(yǔ)

在該隧道施工過(guò)程中，監(jiān)控措施布置得當(dāng)，及時(shí)的指導(dǎo)了施工和修改設(shè)計(jì)，從而保證了隧道施工的安全、經(jīng)濟(jì)，取得了良好的效果。但是，隧道監(jiān)控量測(cè)工作是一項(xiàng)具體而又復(fù)雜的工作，在實(shí)際施工過(guò)程中尚需不斷積累經(jīng)驗(yàn)和完善相關(guān)理論，筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：對(duì)于隧道監(jiān)控量測(cè)及數(shù)據(jù)的整理分析及應(yīng)用應(yīng)該做好以下幾點(diǎn)：

(1)監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容的選擇，量測(cè)斷面位置的選擇和量測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置；

(2)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的采集與施工狀態(tài)變化情況緊密結(jié)合，分析數(shù)據(jù)變化和施工狀態(tài)的關(guān)系；

(3)量測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。量測(cè)數(shù)據(jù)變化的準(zhǔn)確分析和判斷，量測(cè)的及時(shí)反饋，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工和修改支護(hù)參數(shù)。

通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，保證了隧道施工安全與質(zhì)量，預(yù)防了各類安全事故的發(fā)生。

梁 虎(1983- )，男，陜西榆林人，工程師，從事市政公用道路與橋梁施工技術(shù)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

四川省水電學(xué)會(huì)水電七局分會(huì)在廣東恩平深茂鐵路現(xiàn)場(chǎng)召開(kāi)“2017技術(shù)交流會(huì)”

2017年8月1日，四川省水電學(xué)會(huì)水電七局分會(huì)在廣東恩平深茂鐵路現(xiàn)場(chǎng)召開(kāi)“2017技術(shù)交流會(huì)。這是中國(guó)水電七局為提升該局技術(shù)水平、加強(qiáng)局內(nèi)技術(shù)交流采取的有效措施之一，已連續(xù)多年結(jié)合實(shí)際工程召開(kāi)，使局內(nèi)工程技術(shù)人員受益匪淺。來(lái)自局內(nèi)各有關(guān)單位的技術(shù)負(fù)責(zé)人及工程技術(shù)人員60余人出席了會(huì)議，會(huì)議由七局一分局深茂鐵路項(xiàng)目部承辦。在8月2日召開(kāi)的技術(shù)交流會(huì)上，局副總工程師兼科技部主任魏平主持會(huì)議。會(huì)議承辦單位——梁學(xué)成指揮長(zhǎng)致歡迎辭并介紹了深茂鐵路參設(shè)情況。省水電學(xué)會(huì)七局分會(huì)主任、局總工程師向建在會(huì)議開(kāi)幕式上講話，再次強(qiáng)調(diào)了局舉行技術(shù)交流會(huì)的重要性，并感謝局屬各單位派員參會(huì)，支持局分會(huì)開(kāi)展的工作。在交流會(huì)上，10位作者圖文并茂地介紹了各自參建工程取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，旨在加強(qiáng)橫向交流，共同提高技術(shù)水平。學(xué)術(shù)報(bào)告極具針對(duì)性，特點(diǎn)突出，展現(xiàn)了七局近年來(lái)?yè)碛械募夹g(shù)水平。與會(huì)代表聚精會(huì)神聽(tīng)取交流，均感到受益匪淺。學(xué)術(shù)報(bào)告交流后，會(huì)議采取了歷年會(huì)議行之有效的座談方式，向建總工程師親自主持，點(diǎn)兵點(diǎn)將，鼓勵(lì)參會(huì)的技術(shù)人員提問(wèn)、解答，使聽(tīng)者、說(shuō)者均有收獲，取得了實(shí)效。與會(huì)者均對(duì)這種會(huì)議形式報(bào)以贊賞。向建總工程師最后做會(huì)議的總結(jié)發(fā)言，感謝會(huì)議承辦方——七局一分局深茂指揮部為會(huì)議的成功召開(kāi)付出的努力。表示要將技術(shù)交流會(huì)的形式延續(xù)下去，為七局再上新臺(tái)階做好準(zhǔn)備。會(huì)議期間，與會(huì)代表實(shí)地考察了完建的、由七局一分局承建的深茂鐵路相關(guān)標(biāo)段，對(duì)會(huì)上介紹的實(shí)例讓代表們親眼所見(jiàn)，對(duì)其效果加深了印象。水電七局一分局深茂項(xiàng)目部為籌備此次會(huì)議的召開(kāi)，特地制作了論文集和畫冊(cè)，全面、系統(tǒng)地介紹了深茂鐵路的建設(shè)歷程及其所取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，受到與會(huì)代表好評(píng)。在完成了預(yù)定的議程后，會(huì)議圓滿結(jié)束。

2017- 04- 10

TV554;TV522

B

1001- 2184(2017)04- 0033- 03